Wie funktioniert ein Piezo-Summer?

Im Kosmos-Baukasten Elektrospass ist ein elektronischer Summer enthalten. In Elektro plus gibt es sogar drei Summer, die äußerlich ganz ähnlich aussehen. Zwei sind fest im Schaltpult eingebaut, einer liegt lose bei. Bei so vielen Summern taucht natürlich die Frage auf: Was ist da eigentlich drin? Damit ihr nicht alle eure Summer kaputt macht, habe ich es für euch getan und einmal nachgesehen. Zuerst habe ich einen ähnlichen Summer geöffnet, der nicht aus einem Bauskasten stammt.

Das wichtigste Bauteil ist der Piezo-Schallwandler, ein kleiner Lautsprecher, der aus einer Metallscheibe und einer aufgeklebten Keramikscheibe, einem sogenannten Piezokristall besteht. Darauf sind zwei metallisierte Flächen mit Anschlussdrähten. Insgesamt hat dieser Lautsprecher drei Anschlüsse. Dazu kommt dann noch eine kleine Platine mit einem Transistor und zwei Widerständen.

Die Keramikscheibe biegt sich etwas, wenn man eine elektrische Spannung anlegt. Die Metallscheibe wirkt dann wie eine Membran, die Schallschwingungen in der Luft erzeugt. Gleichzeitig erzeugt die Scheibe aber auch eine elektrische Spannung, wenn sie gebogen wird. Deshalb wirkt die kleinere Fläche hier wie ein Mikrofon. Die vom "Mikrofon" aufgenommenen Schwingungen werden vom Transistor verstärkt und über den "Lautsprecher" wieder in neue Schwingungen umgewandelt. So kommt es zu einen andauernden Piepsen.

Der Summer aus Elektrospass ist kleiner und sieht innen etwas anders aus. Es gibt zusätzlich eine kleine Spule. Damit erreicht man, dass der Summer lauter wird. Die Spule bildet nämlich zusammen mit dem Piezo-Schallwandler (der zugleich auch wie ein Kondensator wirkt) einen Schwingkreis, der die Schwingungen noch weiter verstärkt.

Die Schaltung ist etwas komplizierter, hat aber praktisch die gleiche Funktion wie in dem ersten Summer. Ob es wohl noch eine Variante gibt? Ja, der Summer in Elektro plus ist wieder anders aufgebaut.

Diesmal hat der Schallwandler nur zwei Anschlüsse. Dafür gibt es eine Spule mit drei Anschlüssen und einen zusätzlichen Kondensator.

Die Spule hat eine Mittelanzapfung und sorgt für die notwendige Phasendrehung, damit ein einzelner Transistor Schwingungen erzeugen kann. Die Phasendrehung wurde bei den anderen Summern mit der zweiten Metallfläche auf dem Piezokristall erreicht. Zugleich bildet die Spule auch hier wieder einen Schwingkreis mit einer Resonanzfrequenz von etwa 4 kHz. Der Gleichstromwiderstand beträgt etwas 200 Ohm, es muss also sehr dünner Draht sein.

Anwendungen

Muss man das alles verstehen, um den Summer richtig einzusetzen? Nein, das Bauteil lässt sich wie eine "black box" einsetzen. Man schließt einfach nur eine Spannung zwischen 0,5 V und 9 V richtig herum an, dann piepst es. Aber wer weiß, was drin ist, findet auch ganz andere Anwendungen:

Als Mikrofon

Wenn man keine Gleichspannung anlegt, liegt der Schallwandler bei allen drei Modellen praktisch direkt an den Anschlüssen. Der Transistor hat dann keine Funktion.

Als Lautsprecher

Ohne Gleichspannung oder mit vertauschen Polen und einer Spannung nicht über 6 V kann der Summer als einfacher Lautsprecher verwendet werden.

Als Telefon

Schließe einmal zwei Wandler ohne eine Batterie zusammen. Mikrofon und Lautsprecher ergeben dann ein ganz einfaches Telefon. Wenn du die Membran des einen Summers mit einem spitzen Gegenstand berührst, ist es im zweiten Summer zu hören. Verbinde einmal zwei Summer über lange Drähte bis in ein anderes Zimmer. Wenn jemand hineinspricht, ist es an der anderen Seite ganz leise zu hören. Und es funktioniert natürlich in beiden Richtungen. Jeder Summer ist zugleich Mikrofon und Hörer.